Пол Хэлперн - Коллайдер

Итак, W и Z открыты. На повестке оставались недостающие звенья Стандартной модели, как то: истинный кварк, тау-нейтрино и бозон Хиггса. Среди других целей экспериментальной физики было обнаружение новых гипотетических частиц, которые предсказываются расширенными версиями Стандартной модели, дающими более полное объединение некоторых взаимодействий.

Например, в 70-х и 80-х гг. сразу несколько теоретиков предложили так называемые теории Великого объединения (ТВО) - модели, в рамках которых КХД и электрослабое взаимодействие описываются с единых позиций. Они, по сути, построены на идее о том, что при достаточно высоких энергиях (скажем, в ранней Вселенной) все взаимодействия по интенсивности мало отличались друг от друга. По мере охлаждения вещества была достигнута точка ветвления: в первый фазовый переход разделились сильное и электрослабое взаимодействия, а на второй стадии - электрослабое распалось на слабое и электромагнетизм. Другими словами, по мере того как изменялась фундаментальная структура вакуума, первоначально идеально симметричная конфигурация постепенно искажалась.

Примерно в тот же период появились и гораздо более смелые теории объединения. Среди них - гипотеза суперсимметрии, трактующая фермионы и бозоны в рамках одной схемы. У каждого фермиона, согласно этой модели, есть бозонный двойник, так называемый суперпартнер. Аналогично у любого бозона есть фермионный собрат. В первичном вселенском бульоне частицы и их суперпартнеры выступали на равных, но стоило температуре упасть, как суперсимметрия спонтанно нарушилась: суперпартнеры обзавелись такой большой массой, что впрямую мы их до сих пор не наблюдаем. Гипотетические суперпартнеры получили забавные имена в лучших традициях физики элементарных частиц: бозонных двойников электрона и кварка окрестили соответственно «сэлектроном» и «скварком». Фермионного родственника фотона назвали «фотино», глюона - «глюино», а суперпартнеры W- и Z-бозонов удостоились и вовсе непривычных для слуха имен: «вино» и «эйно». Теоретики надеялись, что по крайней мере самые легкие суперпартнеры можно будет заметить среди осколков столкновений.

В общем, недостатка в свежих идеях не было. Поэтому хотя к концу 80-х гг. многие из главных следствий Стандартной модели были проверены на опыте, вряд ли кого-то в физике высоких энергий это заставило воздержаться от постановки новых экспериментов. Правда, чтобы вырастить плод посочнее, требовалось изрядно удобрить просторы ускорителя энергией. Суперсинхротронный коллайдер быстро вышел на свои предельные 450 ГэВ, а столь желанные россыпи топ-кварков или «хиггса», не говоря о совсем уж экзотических частицах, так и не появлялись.

Еще один церновский проект - Большой электрон-позитронный коллайдер (БЭП) - поражал если не энергией, то размером.

Построив это кольцо, почти 27 км в окружности и уходящее в землю примерно на 100 м, ЦЕРН расширил свои владения далеко за пределы женевского пригорода и вплыл в зеленеющие пейзажи на границе Швейцарии и Франции. Зачем понадобился ускоритель столь больших размеров? Одна из причин - стремление понизить интенсивность излучения, идущего от вращающихся в кольце электронов и позитронов. Чем больше радиус, тем меньше потери на излучение.

Появление БЭП потребовало внести коррективы и в работу других установок ЦЕРНа. Например, ПСС стал выполнять функцию источника электронов и позитронов, которые затем посылались в кольцо БЭП. Там они циркулировали в форме двух противоположно вращающихся пучков, а потом, достигнув максимальной энергии, направлялись в точку столкновения. Зная радиус кольца, частоту вращения электронов и позитронов и другие величины, экспериментаторы могли вычислить полную энергию каждого столкновения, а значит, могли довольно точно посчитать массы родившихся частиц.

Все одиннадцать лет своей работы (1989-2000) БЭП был самым мощным лептонным коллайдером в мире. Но поскольку электрон гораздо легче протона, лептонные коллайдеры, как правило, уступают близким по величине адронным коллайдерам. Электрон-позитронный коллайдер нарастил свою энергию от 100 ГэВ (сразу после запуска) до без малого 200 ГэВ (после усовершенствований). Но этого оказалось недостаточно, чтобы найти бозон Хиггса или увести у соперников из-под носа топ-кварк. Зато W -и Z-бозоны БЭП мог штамповать один за другим, благодаря чему удалось измерить их массы с ювелирной точностью.

Топ-кварку суждено было появиться на свет среди тех же кукурузных полей Иллинойса, где почти двадцать лет назад был обнаружен b-кварк. (Эту пару, напомним, также называют истинным и прелестным кварками.) Никто не думал, что второго члена третьего кваркового поколения придется ждать так долго и что он окажется настолько тяжелым. Его открытие в 1995 г. стало (пока) ярчайшим событием в плодотворной жизни «Теватрона».

Вильсон оставил место директора «Фермилаба» в 1978 г., вскоре после открытия ипсилон-частицы (первой частицы, в которой оказался b-кварк). Вложивший в «Теватрон» всю свою душу, он не мог смириться с отказом Министерства энергетики США дать требуемую сумму в объеме, необходимом, чтобы не отстать от плана и запустить установку в кратчайшие сроки 62. Дабы продемонстрировать свою позицию, он подал заявление об отставке, которое, как ни странно, приняли. Должность директора занял Леон Ледерман, заработавший себе славу недавним открытием прелестного кварка. Именно Ледерман запустил «Теватрон» и в 80-е определял его судьбу. (В 1989 г. директором стал Джон Пиплс, потом его сменил Майкл Уитерелл, за которым, в свою очередь, пришел Пьер Оддоун. Ледермана же удостоили звания почетного директора.)

Запуск «Теватрона» приветствовали физики всей Земли, осознавая, что его непревзойденная мощь дает уникальный шанс построить более полную научную картину субатомного мира. Третьего июля 1983 г., через двенадцать часов после пролета первого пучка, «Теватрон» достиг цифры в 512 ГэВ, установив новый мировой рекорд энергии, полученной на ускорителе. К хору почитателей присоединился и Хервиг Шоппер, бывший тогда генеральным директором ЦЕРНа. Посланная от его имени по телетайпу телеграмма гласила: «Шлем, искренние поздравления с Вашим потрясающим успехом. Вам впервые удалось ускорить протоны в кольце со сверхпроводящими магнитами до ранее недостижимых энергий. “Фермилабу” принадлежит первенство в применении сверхпроводящих магнитов, открывшем новую главу в ускорительной физике. Просим Вас передать наше восхищение всем, кто так или иначе причастен к этому успеху» 63.

Хотя главным соперником «Фермилаба» по-прежнему оставался ЦЕРН, основная борьба разворачивалась рядом с самим «Теватроном». Пример групп UA1 и UA2, удачно продемонстрировавших учение о выживании видов, привел Ледермана к мыcли организовать два антагонистических коллектива и на базе «Теватрона». Каждая из них отвечала бы за свой детектор и обрабатывала бы собственные данные. К бесспорным плюсам такой стратегии следует отнести то, что результаты одной группы проходят независимую проверку в другой.